CN103013554A - 一种用地沟油和废机油制备生物柴油的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用地沟油和废机油制备生物柴油的装置及方法,所述装置包括地沟油沉降池、废机油沉降池、混合器、换热器、塔式固定床反应器、冷凝系统、储气罐、柴油罐和汽油罐,混合器与换热器连接,所述换热器通过预热器与塔式固定床反应器下部连接,所述冷凝系统与换热器连接。所述制备方法包括预处理、催化裂解反应和产品收集。本发明制得的生物柴油颜色为浅黄色,其冷凝点约为-5℃,低温流动性好,其热值远远高于传统生物柴油,低温流动性好,产品质量稳定;减小了对环境的污染,不需要脱色步骤;利用塔式固定床反应器用于催化裂解反应,具有加热方便,投资小,处理量易控,操作成本低的优点,而且催化剂可以循环利用,适于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于生物柴油制备领域,具体涉及一种用地沟油和废机油制备生物柴油装置及方法。
背景技术
生物柴油通常指脂肪酸甲酯或乙酯,是利用各类动植物油脂为原料,与甲醇或乙醇等醇类物质经过酯交换反应,使其最终变成可供内燃机使用的一种燃料。这类生物柴油与石化柴油相比有其明显的缺点:1)粘度大,流动性变差。2) 动力降低 8%-10%. 生物柴油热值与石化柴油热值相比为32.8:35.7,即在相同质量下,动力约为石化柴油的92%。3) 因生物柴油的分子较大,粘度较高,因而影响喷射时程,导致喷射效果不佳。 该类生物柴油的生产技术主要是采用酸碱两步催化法,该技术必须进行酸碱水洗,不可避免的会产生大量的废水及皂化物,处理步骤繁琐。如果甲醇或甘油分离不彻底带入到生物柴油中,会严重降低生物柴油的品质,而且对柴油机造成一定损坏。
发明内容
本发明提供了一种用地沟油和废机油制备生物柴油装置及方法,本发明制得的生物柴油的主要成分为C10-C16的烃类,其粘度、低温流动性、热值都达到了石化柴油的指标,并且具有含硫量比石化柴油低的优点。本发明所述制备方法不仅工艺简单,产品质量好;而且减少了水洗及脱色处理的过程;采用塔式固体床反应器,还具有反应速度快,催化剂可以循环使用,催化剂选择性好的优点。
为实现上述发明目的,本发明采用下述技术方案予以实现:
一种用地沟油和废机油制备生物柴油的装置,它包括地沟油沉降池、废机油沉降池、混合器、换热器、塔式固定床反应器、冷凝系统、储气罐、柴油罐和汽油罐,所述地沟油沉降池和废机油沉降池分别与混合器连接,所述混合器与换热器连接,所述换热器通过预热器与塔式固定床反应器下部连接,所述冷凝系统与换热器连接,所述冷凝系统包括与换热器连接的第一冷凝器、与柴油罐连接的第二冷凝器、与汽油罐连接的第三冷凝器和与储气罐连接的第四冷凝器;所述塔式固定床反应器下部为反应釜,反应釜上端连接管式固定床反应器,所述管式固定床反应器分为一级反应器和二级反应器。
对上述技术方案的进一步改进:所述地沟油沉降池和废机油沉降池均设有排污口。
对上述技术方案的进一步改进:所述地沟油沉降池和废机油沉降池通过蒸汽盘管进行加热。
本发明还提供了所述的用地沟油和废机油制备生物柴油的装置制备生物柴油的方法,它包括以下步骤:
(1) 预处理
将地沟油泵入地沟油沉降池中,加热至60-70℃,静置沉淀2-3小时形成分液层,除去下层固体杂质混合物,负压0.08-0.098MPa下蒸发去除原料中的水分,得到地沟油标样;
废机油的预处理方法与上述地沟油相同,得到废机油标样;
(2) 催化裂解反应
将所述地沟油标样与废机油标样按质量比3:1泵入混合器中,混合得到标准原料油,标准原料油经换热器和预热器加热至200-250℃,泵入塔式固定床反应器,反应釜经加热至400-450℃,形成的标准原料油的蒸汽通过一级反应器在催化裂化催化剂的作用下发生裂解反应,得到一级反应混合物,所述一级反应混合物进入二级反应器,在加氢催化剂的作用下一级反应混合物之间发生加成反应,得到粗产品;
(3) 产品收集
所述粗产品通过冷凝系统,冷凝后分别收集到浅黄色生物柴油、生物汽油及可燃气。
对上述技术方案的进一步改进:所述催化裂化催化剂为MLC-500系列。
对上述技术方案的进一步改进:所述加氢催化剂为Y型分子筛与?型分子筛。
对上述技术方案的进一步改进:经冷凝系统馏出温度为200-350℃的组分冷凝后进入柴油罐,馏出温度为60-200℃的组分冷凝后进入汽油罐,不凝气部分进入气柜收集。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果是:
1、本发明以地沟油及废机油混合物制备生物柴油,地沟油裂解过程中产生了部分含氧物,此含氧物为醛类、酮类等,不适合用作柴油机燃料,具有很强的刺激性气味,但加入废机油后,此含氧物在加氢催化剂的作用下与废机油的裂解产物发生反应产生烃类、水、二氧化碳,使裂解反应产物更接近石化柴油的性质,增大产柴油比例。
2、本发明利用塔式固定床反应器用于催化裂解反应,具有加热方便,操作简单,设备投资小,处理量易控,操作成本低的优点;而且催化剂可以循环利用;制得的生物柴油产品质量稳定。
3、本发明所述制备生物柴油的方法与传统的制备生物柴油的方法相比,减少了水洗处理的步骤,不仅节约了用水,而且大大降低了污水量,减小了对环境的污染,节约用于污水处理的投资;该方法不需要脱色步骤,减少了油品损耗,降低了生产成本。
4、本发明所述方法生产的生物柴油颜色为浅黄色,分子结构为C10-C16的烃类混合物,其冷凝点约为-5℃,低温流动性好,其热值在1万大卡左右,远远高于传统生物柴油(8000大卡),低温流动性好,产品质量稳定。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后,本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明所述用地沟油和废机油制备生物柴油的装置结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示,本发明所述用地沟油和废机油制备生物柴油的装置包括地沟油沉降池1、废机油沉降池2、混合器3、换热器4、塔式固定床反应器5、冷凝系统、储气柜10、柴油罐11和汽油罐12,所述地沟油沉降池1和废机油沉降池2分别与混合器3连接,所述混合器3与换热器4连接,所述换热器4通过预热器13与塔式固定床反应器5下部的反应釜51连接。
所述塔式固定床反应器5下部为电加热高温反应釜51,反应釜上端连接管式固定床反应器52,所述管式固定床反应器分为一级反应器53和二级反应器54。所述一级反应器53和二级反应器54上均设有塔板支撑,塔板上放置装有不锈钢催化剂的固定网袋,塔板处的塔壁上设有催化剂更换孔,更换下来的催化剂经再生后重复使用。
所述冷凝系统包括与换热器4连接的第一冷凝器6、与柴油罐11连接的第二冷凝器7、与汽油罐12连接的第三冷凝器8、与储气罐10连接的第四冷凝器9。所述第一冷凝器6设有第一进水口61和第一出水口62,所述第二冷凝器7设有第二进水口71和第二出水口72,所述第三冷凝器8设有第三进水口81和第三出水口82,所述第四冷凝器9设有第四进水口91和第四出水口92。所述冷凝系统通过第一冷凝器6与换热器4连接,所述第二冷凝器7、第四冷凝器9分别与第一冷凝器6连接,所述第三冷凝器8与第四冷凝器9连接。所述经二级反应器得到的粗产品馏出温度为200-350℃的组分冷凝后进入柴油罐11,柴油组分经过换热器4、第一冷凝器6后虽然已变为液体但温度较高,再经第二冷凝器7进一步降温到30-60℃以后收集到柴油罐11;而经换热器4、第一冷凝器6、第四冷凝器9后馏出温度为60-200℃的组分变为液体,再经第三冷凝器8进一步降温到25-30℃后进入汽油罐12;经过换热器4、第一冷凝器6、第四冷凝器9后还无法液化的不凝气收集到储气罐10。
所述地沟油沉降池1设有排污口1a、蒸汽口1b和蒸汽冷凝水口1c,所述废机油沉降池2设有排污口2a、蒸汽口2b和蒸汽冷凝水口2c。所述地沟油沉降池和废机油沉降池通过蒸汽盘管进行加热。
本发明所述用地沟油与废机油混合制备生物柴油的方法包括以下具体步骤:
(1)预处理
将地沟油泵入地沟油沉降池1中,加热至60-70℃,自然沉降2-3小时,静置沉淀形成分液层,打开排污阀,除去下层固体杂质混合物,负压0.08-0.098MPa下蒸发去除原料中的微量水分,得到预处理后的地沟油标样。
将废机油泵入废机油沉降池2中,加热至60-70℃,自然沉将2-3小时,静置沉淀形成分液层,打开排污阀,除去下层固体杂质混合物,负压0.08-0.098MPa下蒸发去除原料中的微量水分,得到预处理后的废机油标样。所述废机油为已经使用过的废弃机械润滑油。
(2)催化裂解反应
经过预处理后的3吨地沟油标样与1吨废机油标样泵入混合器3,在混合器3充分混合后经换热器4、预热器5加热到200-250℃,进入塔式固定床反应器5,在反应釜51底继续加热,温度达到400-450℃时,混合原料油开始汽化,形成的标准原料油的蒸汽通过一级反应器53在催化裂化催化剂MLC-500催化剂的作用下发生裂解反应得到一级反应混合物,所述一级反应混合物包含有氢气、小分子烃类和不饱和烃类,所述一级反应混合物继续通过二级反应器54,在加氢催化剂即Y型分子筛及β型分子筛的作用下进一步发生反应,得到粗产品。
(3)产品收集
上述得到的粗产品,进入循环水冷凝系统,馏出温度为200-350℃的组分冷凝后进入柴油罐11,馏出温度为60-200℃的组分冷凝后进入汽油罐12,不凝气进入储气罐10收集。经称量生物柴油质量为2.56吨,汽油为0.8吨,釜底残夜为0.2吨,得到的产品所占比例分别为生物柴油64%、生物汽油20%、植物沥青5%以及11%的可燃气。经仪器检测所得生物柴油95%的成分为C10-C16的分子结构,检测该生物柴油的主要指标如下表1:
表1:本发明制得的生物柴油的理化指标
化验项目 | 质量指标 |
十六烷值 | 59 |
馏程:50%馏出温度℃ | 250 |
90%馏出温度℃ | 330 |
95%馏出温度℃ | 350 |
运动粘度(20℃)mm2 | 4 |
10%蒸余物残碳 | 0.01 |
灰分 % | 0.001 |
硫含量% | 0.01 |
闪点(闭口)℃ | 90 |
密度 | 0.851 |
冷凝点℃ | -5 |
酸值 mgKOH/g | 0.2 |
热值 大卡/Kg | 9984 |
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其进行限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的普通技术人员来说,依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种用地沟油和废机油制备生物柴油的装置,其特征在于:它包括地沟油沉降池、废机油沉降池、混合器、换热器、塔式固定床反应器、冷凝系统、储气罐、柴油罐和汽油罐,所述地沟油沉降池和废机油沉降池分别与混合器连接,所述混合器与换热器连接,所述换热器通过预热器与塔式固定床反应器下部连接,所述冷凝系统与换热器连接,所述冷凝系统包括与换热器连接的第一冷凝器、与柴油罐连接的第二冷凝器、与汽油罐连接的第三冷凝器和与储气罐连接的第四冷凝器;所述塔式固定床反应器下部为反应釜,反应釜上端连接管式固定床反应器,所述管式固定床反应器分为一级反应器和二级反应器。
2.根据权利要求1所述的一种用地沟油和废机油制备生物柴油的装置,其特征在于:所述地沟油沉降池和废机油沉降池均设有排污口。
3.根据权利要求1所述的一种用地沟油和废机油制备生物柴油的装置,其特征在于:所述地沟油沉降池和废机油沉降池通过蒸汽盘管进行加热。
4.根据权利要求1所述的用地沟油和废机油制备生物柴油的装置制备生物柴油的方法,其特征在于它包括以下步骤:
(1) 预处理
将地沟油泵入地沟油沉降池中,加热至60-70℃,静置沉淀2-3小时形成分液层,除去下层固体杂质混合物,负压0.08-0.098MPa下蒸发去除原料中的水分,得到地沟油标样;
废机油的预处理方法与上述地沟油相同,得到废机油标样;
(2) 催化裂解反应
将所述地沟油标样与废机油标样按质量比3:1泵入混合器中,混合得到标准原料油,标准原料油经换热器和预热器加热至200-250℃,泵入塔式固定床反应器,反应釜经加热至400-450℃,形成的标准原料油的蒸汽通过一级反应器在催化裂化催化剂的作用下发生裂解反应,得到一级反应混合物,所述一级反应混合物进入二级反应器,在加氢催化剂的作用下一级反应混合物之间发生加成反应,得到粗产品;
(3) 产品收集
所述粗产品通过冷凝系统,冷凝后分别收集到浅黄色生物柴油、生物汽油及可燃气。
5.根据权利要求4所述的一种用地沟油和废机油制备生物柴油的方法,其特征在于:所述催化裂化催化剂为MLC-500系列。
6.根据权利要求4所述的一种用地沟油和废机油制备生物柴油的方法,其特征在于:所述加氢催化剂为Y型分子筛与?型分子筛。
7.根据权利要求4所述的一种用地沟油和废机油制备生物柴油的方法,其特征在于:经冷凝系统馏出温度为200-350℃的组分冷凝后进入柴油罐,馏出温度为60-200℃的组分冷凝后进入汽油罐,不凝气部分进入气柜收集。
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Granted publication date: 20150513 Termination date: 20191218 |